【技術實現步驟摘要】
本公開涉及用于制備合成氣的催化劑結構、包括該催化劑結構的用于制備合成氣的裝置以及使用該催化劑結構制備合成氣的方法。
技術介紹
1、含氫氣和一氧化碳的氣體在汽車工業中是供應在燃料電池、鋼鐵工業還原鐵礦石、化學工業合成氨、甲醇、費托以及制備其他化學品等中所使用的氫氣的非常重要的物質。
2、為了生產這種氣體，通過重整工藝從烴生產合成氣，其中主要使用鎳系氧化鋁或釕系氧化鋁組分的催化劑。
3、在常規的重整方法中，將球粒型催化劑填充到反應器中。然而，球粒型催化劑會損壞成碎片。當加載到反應器中時，當通過加熱至重整反應溫度(約600℃或更高)而反應之后在停止期間熱膨脹和收縮時，或者當產生焦炭時，由于機械沖擊，可以損壞球粒型催化劑。由這些現象產生的小球粒碎片填充在催化劑球粒之間和反應器底端的間隙中，因而可以導致對反應氣體的流動阻力。此外，由氧化鋁制成的球粒具有低熱導率并且在反應器內形成溫度梯度，促使催化劑性能劣化和焦炭形成。
技術實現思路
1、本公開的一方面提供了一種用于制備合成氣的催化劑結構，該催化劑結構可以通過改善傳熱性能而改善催化劑層內的溫度梯度，降低催化劑層內的壓力損失和反應氣體的流動阻力，并且實現優異的長期耐久性。
2、根據一方面的用于制備合成氣的催化劑包括：基材(基板，襯底，substrate)，包括由分隔壁分隔的流動路徑；以及催化材料，布置在基材的分隔壁的表面上并且包括金屬氧化物載體和負載在金屬氧化物載體上的金屬活性顆粒，其中基材包括碳化硅(sic)
3、催化材料可以涂覆在基材的流動路徑的內壁上。
4、基材可以具有蜂窩形狀或整體形狀(單片形狀，單塊形狀，monolithic?shape)。
5、催化劑結構可以具有10w/mk或更大的熱導率。
6、基材的分隔壁可以具有多個孔。
7、基材的分隔壁可以具有10％至80％范圍內的孔隙率。
8、可以包括20g至300g/1l體積的催化劑結構范圍內的量的催化材料。
9、金屬活性顆粒可以包括鎳(ni)、鈷(co)、銠(rh)、釕(ru)、銥(ir)、鈀(pd)、鉑(pt)、金(au)、鐵(fe)、它們的合金或它們的組合。
10、金屬氧化物載體可以包括氧化鋁(al2o3)、二氧化硅(sio2)、氧化鎂(mgo)、鋁酸鎂(mgal2o4)、氧化鋯(zro2)、二氧化鈰(ceo2)、氧化鑭(lantana)(la2o3)、氧化釔(y2o3)或它們的組合。
11、基于催化材料的總重量，可以包括5wt％至30wt％范圍內的量的金屬活性顆粒。
12、根據另一方面的用于制備合成氣的裝置包括反應器管(反應管，reactor?tube)，其包括上述用于生成合成氣的催化劑結構。
13、催化劑結構的流動路徑可以沿著反應器管的縱向方向(長度方向，longitudinaldirection)布置。
14、反應氣體可以配置為通過催化劑結構的通道。
15、催化劑結構可以與反應器管的內壁直接接觸。
16、反應氣體可以配置為不在催化劑結構與反應器管的內壁之間通過。
17、根據另一方面，一種用于制備合成氣的方法包括將反應氣體和氧化劑注入上述用于制備合成氣的催化劑結構的流動路徑中。該方法進一步包括通過吸熱反應重整反應氣體以制備合成氣。
18、反應氣體可以包括c1至c20烷烴、c1至c20烯烴、c1至c20炔烴、氨(nh3)、甲醛(hcoh)、甲醇(ch3oh)或它們的組合。
19、氧化劑可以包括二氧化碳(co2)、蒸汽(h2o)、氧氣(o2)或它們的組合。
20、根據實施方式，用于制備合成氣的催化劑結構可以確保改善的熱傳遞性能以降低催化劑層中的溫度梯度從而改善催化劑性能，降低催化劑層內的壓力損失和反應氣體的流動阻力，并且抑制催化劑中活性金屬的燒結以實現長期耐久性。
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1.一種用于制備合成氣的催化劑結構，所述催化劑結構包括：
2.根據權利要求1所述的催化劑結構，其中所述催化材料涂覆在所述基材的所述流動路徑的內壁上。
3.根據權利要求1所述的催化劑結構，其中所述基材具有蜂窩形狀或整體形狀。
4.根據權利要求1所述的催化劑結構，其中所述催化劑結構具有10W/mK或更高的熱導率。
5.根據權利要求1所述的催化劑結構，其中所述基材的所述分隔壁具有多個孔。
6.根據權利要求5所述的催化劑結構，其中所述基材的所述分隔壁具有10％至80％范圍內的孔隙率。
7.根據權利要求1所述的催化劑結構，其中包括20g至300g/1L體積的所述催化劑結構范圍內的量的所述催化材料。
8.根據權利要求1所述的催化劑結構，其中所述金屬活性顆粒包括鎳(Ni)、鈷(Co)、銠(Rh)、釕(Ru)、銥(Ir)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、金(Au)、鐵(Fe)、它們的合金或它們的組合。
9.根據權利要求1所述的催化劑結構，其中所述金屬氧化物載體包括氧化鋁(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、氧
10.根據權利要求1所述的催化劑結構，其中基于所述催化材料的總重量，包括5wt％至30wt％范圍內的量的所述金屬活性顆粒。
11.一種用于制備合成氣的裝置，所述裝置包括：
12.根據權利要求11所述的裝置，其中所述催化劑結構與所述反應器管的內壁直接接觸。
13.根據權利要求11所述的裝置，其中所述反應氣體設置為不在所述催化劑結構與所述反應器管的內壁之間通過。
14.一種用于制備合成氣的方法，所述方法包括：
15.根據權利要求14所述的方法，其中所述反應氣體包括C1至C20烷烴、C1至C20烯烴、C1至C20炔烴、氨(NH3)、甲醛(HCOH)、甲醇(CH3OH)或它們的組合。
16.根據權利要求14所述的方法，其中所述氧化劑包括二氧化碳(CO2)、蒸汽(H2O)、氧氣(O2)或它們的組合。
...【技術特征摘要】
1.一種用于制備合成氣的催化劑結構，所述催化劑結構包括：
2.根據權利要求1所述的催化劑結構，其中所述催化材料涂覆在所述基材的所述流動路徑的內壁上。
3.根據權利要求1所述的催化劑結構，其中所述基材具有蜂窩形狀或整體形狀。
4.根據權利要求1所述的催化劑結構，其中所述催化劑結構具有10w/mk或更高的熱導率。
5.根據權利要求1所述的催化劑結構，其中所述基材的所述分隔壁具有多個孔。
6.根據權利要求5所述的催化劑結構，其中所述基材的所述分隔壁具有10％至80％范圍內的孔隙率。
7.根據權利要求1所述的催化劑結構，其中包括20g至300g/1l體積的所述催化劑結構范圍內的量的所述催化材料。
8.根據權利要求1所述的催化劑結構，其中所述金屬活性顆粒包括鎳(ni)、鈷(co)、銠(rh)、釕(ru)、銥(ir)、鈀(pd)、鉑(pt)、金(au)、鐵(fe)、它們的合金或它們的組合。
9.根據權利要求1所述的催化劑結構，其中所述金屬氧化物載體包括氧化鋁(a...
【專利技術屬性】
技術研發人員：鄭天恩，張志勛，樸炅洙，金平淳，許寧杰，
申請(專利權)人：現代自動車株式會社，
類型：發明
國別省市：
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